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JPH073463B2 - Ｇｐｓ受信機の衛星電波捕捉方法 - Google Patents

Ｇｐｓ受信機の衛星電波捕捉方法

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JPH073463B2
JPH073463B2 JP1301914A JP30191489A JPH073463B2 JP H073463 B2 JPH073463 B2 JP H073463B2 JP 1301914 A JP1301914 A JP 1301914A JP 30191489 A JP30191489 A JP 30191489A JP H073463 B2 JPH073463 B2 JP H073463B2
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radio wave
satellite radio
satellite
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frequency
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    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01S—RADIO DIRECTION-FINDING; RADIO NAVIGATION; DETERMINING DISTANCE OR VELOCITY BY USE OF RADIO WAVES; LOCATING OR PRESENCE-DETECTING BY USE OF THE REFLECTION OR RERADIATION OF RADIO WAVES; ANALOGOUS ARRANGEMENTS USING OTHER WAVES
    • G01S19/00—Satellite radio beacon positioning systems; Determining position, velocity or attitude using signals transmitted by such systems
    • G01S19/01—Satellite radio beacon positioning systems transmitting time-stamped messages, e.g. GPS [Global Positioning System], GLONASS [Global Orbiting Navigation Satellite System] or GALILEO
    • G01S19/13—Receivers
    • G01S19/24—Acquisition or tracking or demodulation of signals transmitted by the system
    • G01S19/29—Acquisition or tracking or demodulation of signals transmitted by the system carrier including Doppler, related

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  • Remote Sensing (AREA)
  • Computer Networks & Wireless Communication (AREA)
  • Physics & Mathematics (AREA)
  • General Physics & Mathematics (AREA)
  • Position Fixing By Use Of Radio Waves (AREA)

Description

【発明の詳細な説明】 〔産業上の利用分野〕 本発明は、GPS受信機の衛星電波捕捉方法に関する。
〔従来の技術〕
人工衛星を利用した衛星測位システムとして、いわゆる
GPS（グローバル・ポジショニング・システム:Global P
ositioning System）がある。
この測位システムは、その名の通り、全地球をカバーす
る衛星測位システムであって、高度約２万200Km上空に
地球を周回する６つの衛星軌道を設定し、最終的に各軌
道上に４個づつ計24個のGPS衛星を打ち上げ、各衛星か
ら測位用の航法データを含むGPS信号をスペクトル拡散
方式により地球へ向けて送信し、地上（または海上，航
空）に配置したGPS受信機で、複数個の衛星の電波、例
えば２次元測位の場合は３個の衛星の電波、また３次元
測位の場合は４個の衛星の電波を受信し、各衛星のGPS
信号に含まれる航法データに基づいてその時の受信地点
の緯度，経度，高度などの必要な位置情報をリアルタイ
ムに測位できるようにしたものである。
このGPSは、本来アメリカ軍用に開発されたものである
が、その電波の一部（C/Aコード）については民間にも
開放されており、この電波を利用して自動車，船舶，航
空機などのナビケーション装置を構築することが可能で
ある。
〔発明が解決しようとする課題〕
例えば、車載用ナビゲーション装置などに用いられるGP
S受信機は、それまで捕捉していた衛星がビルなどで遮
られて受信不能の状態が一定時間（例えば１分）以上継
続すると、第３図にその動作の概略を示すように、GPS
衛星の再捕捉を開始するようにしている。
ところで、GPS衛星は1575.42［M Hz］で電波を送信して
いるが、静止衛星ではないために、ドップラー効果によ
りその受信周波数が変化する。このGPS衛星によるドッ
プラー周波数変化は、地上で約±５［K Hz］程度であ
る。
一方、GPS受信機は受信機自身の移動、例えば、車載用
のGPS受信機の場合なら車両移動によっても、ドップラ
ー効果を生じる。この車両移動によるドップラー周波数
変化は、最大±600［Hz］（車速60m/sec）程度となる。
さらに、GPS受信機の発振器の周波数シフトが±３［K H
z］程度生じる。これらの変化分を加算すると、5,000＋
600＋3,000＝8,600［Hz］となり、衛星電波の受信周波
数は最大±8,600［Hz］の範囲で変化することになる。
そこで、この受信周波数の最大変化範囲±8,600［Hz］
をカバーしながら衛星を再捕捉しようとすると、GPS受
信機は、衛星電波の送信周波数1575.42［M Hz］を中心
に、その上下8,600［Hz］の範囲に亘ってサーチ周波数
を広帯域に振りながら、衛星電波をサーチしなければな
らない。
一般に、GPS受信機では、受信回路にPLLを用い、GPS受
信機の受信周波数を衛星電波の受信周波数に正確に同期
させるようにしている。このPLLのキャプチャ・レンジ
が、前記最大変化範囲±8,600［Hz］をすべてカバーで
きるように広く採れれば何ら問題ないが、回路構成上の
制約から、PLLのキャプチャ・レンジは、例えば±150
［Hz］＝300［Hz］程度の狭帯域とならざるを得ない。
したがって、前記衛星電波の受信周波数の最大変化範囲
±8,600［Hz］をカバーしながらサーチするには、PLLの
サーチ周波数を何ステップから分けて探しにいく必要が
ある。例えば、PLLのキャプチャ・レンジを±150［Hz］
＝300［Hz］とした場合、8,600/300≒28.66となり、片
側で28ステップ、上下全範囲で計56ステップのサーチ周
波数の切り換えが必要となる。
前述したように、衛星電波はスペクトル拡散方式により
送られてくるため、その受信に際しては、まず受信電波
を逆拡散し、目的の衛星の電波であるか否かを識別しな
ければならず、この判断に約１秒程度を要する。したが
って、上記56ステップをサーチするには、最低56秒程度
かかり、この間は本来の測位計算ができなくなる。
さらに、GPSはその測位に際し、最低３個、望ましくは
４個の衛星を捕捉する必要がある。GPS受信機として最
も望ましいのは、１個の衛星に対して１個の受信チャン
ネルを備えて受信することであるが、前述した車載用ナ
ビゲーション装置などの民生機器においては、測位精
度，コスト低減，小型化などの要請から、通常は受信チ
ャンネルを１チャンネルだけとし、この１チャンネル内
を時分割多重化することにより、複数の衛星の電波をシ
ーケンシャルに受信するように構成するのが普通であ
る。このため、このようなシーケンシャル式の受信機を
用いて、例えば、Ｎ個の衛星を再捕捉する場合、Ｎ個の
衛星の再捕捉動作が一巡するには、第４図に示すよう
に、最低56×Ｎ秒の時間を要する。
また、PLLのサーチ周波数が衛星電波の受信周波数に一
致している時に、たまたま信号待ちなどで衛星がビルで
遮られてしまったような場合には、サーチ周波数が次に
一致するまで、さらに56×Ｎ秒待たないと捕捉すること
ができないなど、衛星の再捕捉に多くの時間を費やし、
本来の測位計算を迅速に再開できないという問題があっ
た。
本発明は、上記事情に基づいてなされたもので、その目
的とするところは、できる限り迅速に衛星を再捕捉する
ことのできるGPS受信機の衛星電波捕捉方法を提供する
ことである。
〔課題を解決するための手段〕
本発明は、上記目的を達成するために、捕捉中の衛星の
電波が一定時間以上に亘って受信不能となった時、衛星
電波の受信周波数の最大変化範囲の全幅に亘ってPLLの
サーチ周波数を変えながら衛星電波を広帯域サーチする
ようにしたGPS受信機において、前記衛星電波が受信不
能となった時、まず最初に、PLLのキャプチャ・レンジ
の半分の値を衛星電波の受信周波数のドップラー変化率
で除して得られる所定の時間の間は、前記受信不能とな
った時点の衛星電波の受信周波数を中心として、予想さ
れるGPS受信機の移動速度によるドップラー周波数変化
の範囲内、例えば車載用のGPS受信機なら±600Hzの範囲
内で、サーチ周波数を変えながら衛星電波を狭帯域サー
チし、該狭帯域サーチにより衛星電波を捕捉できなかっ
た場合に前記広帯域サーチモードに切り換えるようにし
たものである。
〔作 用〕
車載用のGPS受信機の場合を例に採ると、衛星電波の受
信周波数の最大変化範囲は、前述したように±8,600［H
z］であり、この時の衛星と車両による受信周波数のド
ップラー変化率は最大40［Hz/分］程度となる。受信周
波数の変動原因としては、前述したようにGPS受信機の
発振器の周波数シフトもあるが、この発振器の周波数シ
フトは長時間の間に緩やかに変化するもので、数分程度
の短い時間単位ではその周波数変化率はほぼ０であり、
無視することができる。
したがって、いま、PLLのキャプチャ・レンジを、例え
ば±150［Hz］とすると、衛星電波の受信周波数がPLLの
キャプチャ・レンジの範囲±150［Hz］を越えて周波数
変化するには、150/40＝３分45秒（225秒）かかること
になる。
すなわち、これを逆に言えば、この３分45秒を経過する
までは、衛星の受信周波数はそれまで受信していた受信
周波数を中心に（±600［Hz］）＋（±150［Hz］）＝±
750Hzの範囲内に存在する可能性が極めて高い。
本発明は上記の点に着目してなされたもので、PLLのキ
ャプチャ・レンジの半分の値を衛星電波の受信周波数の
ドップラー変化率で除して得られる所定の時間の間は、
受信不能となった時点の衛星電波の受信周波数を中心に
して、予想されるGPS受信機の移動速度によるドップラ
ー周波数変化の範囲内でサーチ周波数を変えながら衛星
電波を狭帯域サーチするものである。
上記PLLのキャプチャ・レンジと、衛星電波の受信周波
数のドップラー変化率とで与えられる所定の時間を経過
するまでの間に衛星を捕捉できない場合は、衛星電波の
受信周波数がPLLのキャプチャ・レンジの範囲を越えて
ドップラー周波数変化している可能性が強い。
そこで、本発明は、上記所定時間を越えた場合には、サ
ーチモードを前記狭帯域サーチモードから従来と同様の
広帯域サーチモードに切り換え、衛星電波の受信周波数
の最大変化範囲の全幅に亘ってPLLのサーチ周波数を変
えながら衛星電波をサーチする。
この結果、本発明によるときは、まず最初に狭帯域サー
チモードで衛星電波のサーチが行われるので、従来の広
帯域サーチモードだけの場合に比べて衛星の再捕捉時間
を短縮することが可能となる。
〔実施例〕
以下、図面を参照して本発明の実施例につき説明する。
第１図は本発明方法の一実施例を示すサーチ周波数の切
り換え説明図、第２図はその動作のフローチャートであ
る。なお、GPS受信機は、第１図中、受信周波数frで衛
星電波を捕捉中であるものとする。
いま、上記受信周波数frで所定の衛星の電波を受信して
いる最中に、例えば、車両がビルの影などに入って衛星
の電波が受信不能となり（第２図ステップ［１］）、こ
の受信不能の状態が予め定めた一定時間、例えば１分を
経過すると（ステップ［２］）、GPS受信機は、１分を
経過した時刻T1位置から、本発明の特徴である狭帯域サ
ーチによる衛星の再捕捉動作を開始する。
すなわち、前述したように、GPS受信機のPLLのキャプチ
ャ・レンジが±150［Hz］＝300［Hz］、衛星電波の受信
周波数のドップラー変化率が40［Hz/分］であるものと
すると、時刻T1から〜時刻T2までの２分45秒の間は、受
信不能となった時点の受信周波数frを中心として、その
上下±600［Hz］の範囲内でPLLのサーチ周波数を第１図
に示すように順次切り換え、この±600［Hz］の範囲内
でのみ衛星電波の狭帯域サーチを行う。
そして、上記３分45秒の間に衛星の再捕捉に成功した場
合には、従来の広帯域サーチを行う必要がないので、衛
星の再捕捉動作を終了する（ステップ［４］のNo側）。
一方、３分45秒経過しても衛星を再捕捉できなかった場
合には、処理はステップ［５］へ移行し（ステップ
［４］のYes側）、GPS受信機のサーチモードを、第４図
と同様の広帯域サーチモードへ切り換え、以後は従来と
同様に、衛星電波の受信周波数の最大変化範囲±8,600
［Hz］の全幅に亘ってPLLのサーチ周波数を順次切り変
え、衛星電波を広帯域サーチする。
〔発明の効果〕
以上述べたところから明らかなように、本発明の衛星電
波捕捉方法によるときは、捕捉中の衛星電波が受信不能
となった時、まず最初に、PLLのキャプチャ・レンジの
半分の値を衛星電波の受信周波数のドップラー変化率で
除して得られる所定の時間の間は、前記受信不能となっ
た時点の衛星電波の受信周波数を中心にして、予想され
るGPS受信機の移動速度によるドップラー周波数変化の
範囲内でサーチ周波数を変えながら衛星電波を狭帯域サ
ーチし、該狭帯域サーチにより衛星電波を捕捉できなか
った場合に前記広帯域サーチモードに切り換えるように
したので、より迅速に衛星を再捕捉することができ、GP
Sとしての本来の測位計算をより早く再開することがで
きる。
【図面の簡単な説明】
第１図は本発明方法の一実施例を示すサーチ周波数の切
り換え説明図、 第２図は上記実施例の動作のフローチャート、 第３図は従来方法の動作のフローチャート、 第４図は従来方法のサーチ周波数の切り換え説明図であ
る。

Claims (1)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項１】捕捉中の衛星の電波が一定時間以上に亘っ
    て受信不能となった時、衛星電波の受信周波数の最大変
    化範囲の全幅に亘ってPLLのサーチ周波数を変えながら
    衛星電波を広帯域サーチするようにしたGPS受信機にお
    いて、 前記衛星電波が受信不能となった時、まず最初に、PLL
    のキャプチャ・レンジの半分の値を衛星電波の受信周波
    数のドップラー変化率で除して得られる所定の時間の間
    は、前記受信不能となった時点の衛星電波の受信周波数
    を中心として、予想されるGPS受信機の移動速度による
    ドップラー周波数変化の範囲内でサーチ周波数を変えな
    がら衛星電波を狭帯域サーチし、 該狭帯域サーチにより衛星電波を捕捉できなかった場合
    に前記広帯域サーチモードに切り換えることを特徴とす
    るGPS受信機の衛星電波捕捉方法。
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